AP1000核電機組穩壓器支撐加固的工程實踐

王 垣

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

AP1000核電機組穩壓器支撐加固的工程實踐

王 垣

（三門核電有限公司，浙江 三門 317112）

AP1000核電機組穩壓器通過底部4根垂直支撐進行支撐固定，三門核電1號機組穩壓器垂直安裝完成后，AP1000設計方美國西屋公司發布了設計變更，對穩壓器支撐進行加固。文章主要介紹了三門核電1號機組穩壓器垂直支撐設計變更的原因、設計變更現場實施的主要工序、現場施工的主要難點以及應對措施。

AP1000；穩壓器；垂直支撐；加固

世界首臺AP1000核電機組于2009年3月在浙江三門核電工程現場開工建造。鑒于AP1000機組的設計、制造和建安的不成熟性，三門核電一期工程AP1000機組建造過程遇到了一系列困難和挑戰。本文介紹了由于首堆設計不完善，在AP1000穩壓器安裝就位并垂直支撐安裝完成后，設計方美國西屋公司設計校核過程中發現穩壓器垂直支撐強度不足，隨后發布設計變更，要求對垂直支撐進行加固處理，給首臺AP1000機組建造和工程進度帶來較大影響。

1 AP1000穩壓器支撐設計

AP1000穩壓器支撐包含下部垂直支撐、下部水平支撐和上部水平支撐，其中下部垂直支撐包含4根垂直立柱，立柱底部通過預埋螺栓與混凝土地面連接，立柱頂部通過螺栓與穩壓器本體相連，垂直支撐起到支撐本體垂直載荷作用；下部橫向支撐包含8根lISEGA支架，一端與穩壓器腔室CA01模塊托架板銷軸連接，另一端與穩壓器垂直支撐頂部銷軸連接；上部橫向支撐包含兩個半圓形環段，通過與穩壓器腔室CA01模塊托架板銷軸連接，對穩壓器本體進行水平方向固定和限位。

2 設計變更概述

截至2012年12月，三門核電1號機組先后完成了穩壓器腔室地面混凝土澆筑、穩壓器吊裝就位、穩壓器垂直支撐和下部水平支撐安裝、穩壓器垂直支撐底部預埋螺栓二次灌漿完成等工作。但在2013年5月，設計方美國西屋公司發布穩壓器垂直支撐設計變更，提出三門核電1號機組穩壓器垂直支撐設計輸入僅考慮3 115 kN壓力、1 557 kN拉力，經設計校核還需增加垂直支撐承受1 018 kN-M的彎矩載荷。因此現場按照原設計預埋的24個垂直支撐預埋螺栓（每個垂直支撐柱6個；材質：ASTM F1554 Grade 105；直徑：38 mm；錨固深度457 mm）無法滿足穩壓器設計載荷要求，需對預埋螺栓補強加固。穩壓器垂直支撐受力和變更如圖1和圖2所示。

圖1 穩壓器垂直支撐受力示意圖Fig.1 Analysis of the pressurizer vertical support force

圖2 穩壓器垂直支撐變更示意圖Fig.2 Design change for the pressurizer vertical support

設計方采取的加固措施為：在穩壓器每組垂直支撐長邊處補充鉆孔，并種植3根國標HRB400直徑50 mm鋼筋（直徑38 mm；錨固深度1 730 mm），再通過高強度水泥基灌漿料將鋼筋錨固到已澆筑混凝土中，最終焊接補強鋼板與原有穩壓器支撐鋼板后，通過螺母將新增加的補強鋼板錨固到已澆筑的混凝土中，以增加穩壓器垂直支撐預埋螺栓的錨固能力。

3 設計變更的主要施工步驟

3.1 錨固螺栓試驗驗證錨固力

為了驗證穩壓器垂直支撐補充鉆孔錨固螺栓的拉拔力滿足設計要求，在穩壓器垂直支撐正式返修鉆孔植筋前，按照設計要求在三門核電2號機組穩壓器腔室完成3組錨固螺栓試驗，試驗孔徑與正式孔徑一致為77 mm，3組試驗孔深度和鋼筋布置分別為：一組試驗孔深度為1.73 m，鋼筋居中布置；一組試驗孔深度為1.73 m，鋼筋貼近孔壁；一組試驗孔深度為1.37 m，鋼筋居中布置，試驗孔植筋的其他技術要求（如孔壁處理、鋼筋和灌漿料材質、養護要求等）均與正式錨固鋼筋要求一致。最終通過3組試驗孔的試驗數據來驗證錨固鋼筋的強度是否滿足試驗要求。

2013年9月4日，現場完成了2號機組穩壓器腔室3組試驗錨固鋼筋養護后的拉拔力試驗，3組錨固鋼筋分別拉拔至444.4 kN，反復拉拔5次，測量鋼筋伸長量均為3～4 mm，鋼筋直徑收縮量在0.4 mm以內，錨固鋼筋與灌漿料以及灌漿料與原混凝土間未出現可見裂紋，經設計確認錨固鋼筋試驗合格（見圖3）。

圖3 錨固鋼筋拉拔試驗Fig.3 Test tensile for specimens rebar

3.2 鉆孔、清孔

在每組穩壓器垂直支撐兩側分別鑿出表面混凝土，露出結構鋼筋位置，再根據設計孔洞定位并結合實際鋼筋位置，在每組穩壓器垂直支撐兩側分別鉆3個深為1.73 m、直徑為77 mm孔洞，孔洞鑿除完成后需對實際孔洞位置進行復測，孔洞平面位置需達到設計要求的±12.7 mm，深度允許偏差為0～25.4 mm，垂直度小于3°。在孔洞位置確認后，清理孔洞內碎混凝土，并采用飲用水養護24 h使孔洞混凝土保持飽和，最后用壓縮空氣吹掃孔洞內積水、浮沉。

3.3 錨固螺栓安裝、灌漿和養護

錨固螺栓選用HRB400直徑50 mm鋼筋，端部加工螺紋；灌漿料選用設計指定的美國五星FG100型灌漿料，灌漿料按照產品說明書進行配置和灌注。同時錨固螺栓安裝平面位置偏差需滿足±3.2 mm范圍，且螺栓需與孔洞同心，垂直度偏差為±3.2 mm。為確保錨固螺栓在安裝及灌漿中的位置滿足要求，在錨固螺栓安裝及灌漿過程中，需在錨固螺栓四周安裝固定支架。

灌漿料灌注后裸露部分需及時進行保濕養護，養護時間不少于3天，最終養護時間不少于28天，完成養護后方可開展下一步工序。

3.4 基礎延伸板以及其余附件板焊接

根據現場實測的灌漿后固定螺栓位置，對基礎延伸板進行螺栓孔洞鉆孔，并加工基礎延伸板與原埋板的焊接坡口。隨后將延伸板安裝在固定螺栓上，根據此前完成的工藝評定要求，完成延伸板與原埋板的組對、預熱、焊接和NDE檢測。在延伸板焊接完成后，再依次完成設計要求的楔形板、連接板、過渡板等附件板焊接。最后切割原預埋螺栓至垂直支撐延伸板齊平，在原預埋螺栓位置焊接螺栓孔蓋板固定（見圖4）。

圖4 穩壓器垂直支撐延伸板及附件板焊接Fig.4 Welding for the pressurizer support baseplates and stiffener

3.5 二次灌漿和延伸板螺栓固定

采用西卡214灌漿料對新增延伸板區域進行灌漿、養護，待養護結束后在新增螺栓上部安裝兩組螺母，并手工擰緊固定；同時切割原基礎板上螺桿，并采用封板焊接封閉。

至此，三門核電1號機組穩壓器垂直支撐設計變更加固的施工工序全部完成。

4 施工難點分析及應對措施

4.1 鉆孔過程中與已施工鋼筋、預埋板干涉

穩壓器腔室內上部已施工有1層25 mm抗裂鋼筋，下層施工有4層50 mm結構鋼筋，且垂直支撐底部還有蒸發器橫向支撐預埋板，鉆孔過程中需盡可能避讓結構鋼筋和預埋板位置，減少鋼筋切割量。同時，鉆孔過程中還可能遇到垂直方向鋼筋與混凝土塊連接，造成管孔過程中混凝土塊無法取出的困難。

因此，在鉆孔過程中首先要鑿除表面混凝土，盡可能露出結構鋼筋位置，設計方根據理論計算，也給出了最多可以切割8根50 mm結構主筋和6根抗裂溫度筋，但實際鉆孔過程中仍有部分孔洞，由于鋼筋施工偏差仍有更多鋼筋干涉，因此需報設計方修改鋼筋位置后重新鉆孔。因此，在正式孔洞全部鉆完后，才可以準確切割延伸板并依據孔洞位置對延伸板開孔，否則可能造成延伸板由于實際孔位偏差而報廢。

三門核電1號機組還遇到已鉆孔芯塊底部與鋼筋連接，造成芯塊與原混凝土無法脫離，芯塊無法取出問題。現場首先采用鑿碎芯塊后清理碎混凝土方案，如深度太深無法鑿除，也采用報設計方修改孔洞位置重新鉆孔，同時對原孔洞灌漿封閉。

4.2 錨固螺栓安裝和灌漿過程中位置精度要求保障措施

錨固螺栓安裝后的平面位置和垂直度要求偏差均為±3.2 mm，且螺栓需與孔洞同心，錨固螺栓安裝精度要求高，且在安裝和灌漿過程中易受干擾發生位移，一旦發生位置偏差無法修復，因此在錨固螺栓安裝和灌漿過程中，必須采取加固措施確保螺栓最終精度在設計允許范圍內。

對此，在錨固螺栓安裝前需對每根垂直支撐6根錨固螺栓搭設整體鋼筋加固支架，鋼筋加固支架底部應確保水平，并選用25 mm鋼筋作為豎向、橫向和斜向鋼筋支架，橫向鋼筋支架上搭設14 mm鋼板對每根螺栓位置進行固定（見圖5和圖6）。在加固支架搭設完成后，先完成孔洞1/3灌漿后再插入錨固螺栓，錨固螺栓與鋼板通過螺栓固定后，繼續完成灌漿作業。

4.3 延伸板焊接過程中的反變形控制

穩壓器垂直支撐基礎延伸板厚度為50 mm，與原基礎板采用寬坡口手工電弧焊接，焊接填充量和焊接變形量較大，而根據設計要求延伸板上孔洞與錨固螺栓的間隙僅4 mm，因此焊接過程中必須監測和控制好延伸板焊接過程變形，否則將造成延伸板由于焊接變形而使錨固螺栓受剪切力作用，而這是設計所不允許的。

圖5 穩壓器錨固螺栓加固支架Fig.5 Reinforcing support for the pressurizer support anchor rebar

對此，在正式焊接前，現場采用同材質、同尺寸板材進行了焊接模擬試驗（見圖7），以驗證延伸板焊接過程中的焊接變形收縮量，確定焊接防變形工作。最終通過試驗確定了每組延伸板焊接時采用3組門型加固工裝，焊接過程中預留延伸板端頭低于組對坡口處10 mm反變形量，來確保焊接完成后基礎延伸板保持水平位置。同時在填充焊過程中，實時監測延伸板焊接變形量，并適時拆除門型支架。

圖6 穩壓器錨固螺栓加固支架照片Fig.6 Reinforcing support for the ressurizer support anchor rebar

圖7 支撐延伸板焊接模擬試驗Fig.7 Mockup test for baseplate welding

5 結束語

經過三門核電一期工程各參建方的相互合作和共同努力，三門核電1號機組穩壓器垂直支撐設計變更加固的現場施工最終順利完成，為后續三門核電2號機組以及海陽項目一期工程AP1000機組穩壓器垂直支撐加固提供了寶貴經驗，同時也為其他核電項目主設備支撐加固處理提供了參考和借鑒。

[1] 王甲強，魏光軍. AP1000非能動余熱排出系統瞬態工況分析[J]. 中國核電，2014，1：36-41.（WANG Jia-qiang，WEI Guang-jun. Analysis of Transients in Passive Residual Heat Removal System in AP1000[J]. China Nuclear Power，2014，1：36-41.）

[2] 穩壓器房間鋼柱埋件后置修補專項施工方案[R]. SMG-1120-GCH-270097.（Special Construction Scheme for Reparation of Embedment Postinstallation for Pressurizer Vertical Support[R]. SMG-1120-GCH-270097.）

[3] 穩壓器垂直支撐設計變更[R]. CPP-1120-GEF-100060.(Baseplate Modification for Pressurizer Vertical support[R]. CPP-1120-GEF-100060.)

[4] 林誠格，郁祖盛. 非能動安全先進核電廠AP1000[M].北京：原子能出版社，2008.（LIN Cheng-ge, YU Zu-sheng. AP1000 Advanced Passive Plant[M]. Beijing: Atomic Energy Press, 2008.）

[5] 顧軍，繆亞民，等. AP1000核電廠系統與設備[M].北京：原子能出版社，2010.（GU Jun，MIAO Yamin，et al. Systems and Equipments of AP1000 Nuclear Power Plant[M]. Beijing: Atomic Energy Press，2010.）

The Engineering Practice for the First AP1000 Pressurizer Support Reinforcement

WANG Yuan
(Sanmen Nuclear Power Company，Sanmen of Zhejiang Prov. 317112，China)

AP1000 pressurizer is supported vertically by 4 columns. After the first AP1000 pressurizer (Sanmen Unit 1) installation finished, the AP1000 designer Westinghouse issued a design change to the pressurizer support for reinforcement. This article briefly describes the reinforcement reason, construction step, construction difficulties and countermeasures.

AP1000；pressurizer；vertical support；reinforcement

TL35Article character：A

：1674-1617(2014)04-0317-05

TL35

A

1674-1617(2014)04-0317-05

2014-08-19

王 垣（1982—），男，江蘇人，工程師，學士，從事AP1000核島建造工程管理工作。